ES2254128T3

ES2254128T3 - Acero al crono martensitico, resistente a la corrosion.

Info

Publication number: ES2254128T3
Application number: ES00890145T
Authority: ES
Inventors: Dr. Gerhard Lichtenegger; Johann Sammer
Original assignee: Boehler Edelstahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: ATE314501T1; HK1034542A1; DE50011941D1; PT1052304E; AT407647B; ATA84399A; DK1052304T3; SI1052304T1; EP1052304B1; EP1052304A1

Abstract

Acero al cromo martensítico, resistente a la corrosión, que contiene en % en peso: 0, 2 hasta 0, 4% de carbono; 0, 15 hasta 0, 5% de silicio; 0, 15 hasta 0, 6% de manganeso; 12, 0 hasta 15, 0% de cromo opcionalmente máx. 0, 01% de titanio opcionalmente máx. 0, 05% de aluminio opcionalmente máx. 0, 01% de niobio opcionalmente máx. 0, 01% de niobio así como opcionalmente molibdeno y/o wolframio, suponiendo la máxima concentración de molibdeno más opcionalmente máx. 0, 01% de vanadio (wolframio x 0, 5) a lo sumo 0, 28% en peso, opcionalmente máx. 0, 01% de vanadio. resto hierro e impurezas condicionadas por la fabricación con la reserva o en la inteligencia de que la relación carbono/nitrógeno se sitúe sobre un valor de 2, 0, quedando excluido un acero, que conste de (en % en peso) 0, 30% de carbono, o, 12% de nitrógeno, 0, 30% de silicio, 0, 42% de manganeso, 13, 4% de cromo, 0, 28% de níquel, resto hierro e impurezas inevitables y presenta una proporción de martensita del 98, 2 por ciento envolumen.

Description

Acero al cromo martensítico, resistente a la corrosión.

La invención se refiere a un acero al cromo resistente a la corrosión, con 12 hasta 15% en peso de cromo.

Aceros, que están aleados con 12 hasta 15% en peso de cromo, encuentran dentro de la técnica moderna un campo de aplicación grande. Aleaciones de esta clase presentan, esencialmente, resistencia a la oxidación y se pueden ajustar o regular en amplios límites las propiedades mecánicas mediante correspondientes medidas de la técnica de aleación y mediante tratamiento térmico de mejoramiento o bonificado del material.

Desde hace mucho tiempo se conocen aceros al cromo al 12 - 15%, con 0,25 hasta 0,40% en peso de carbono y figuran, por ejemplo, en la lista Acero - Hierro bajo los números de material 1.2083, 1.2316, 1.4028. Por ello resultan indicados, uso previsto o finalidad de empleo, los moldes para materiales plásticos así como los muelles y vástagos de émbolos o pistones.

Sin embargo, para las correspondientes finalidades de empleo, la mayoría de las veces, es de esencial importancia el perfil de propiedades del material, de manera que a los fabricantes se formula, cada vez más, la exigencia en el sentido de un mejoramiento de las propiedades de los materiales en su totalidad. Con otras palabras, tienen que ser aumentados o mejorados el temple, el comportamiento de revenido, la resistencia a las variaciones de la temperatura, la resistencia a la corrosión, la homogeneidad de la estructura, la capacidad de pulimentación y similares de aceros conocidos respectivamente, de modo que puede no realizarse una utilizado, de conformidad con las exigencias, de un nuevo tipo de aleación más caro.

La DE 39 01 470 C1 da a conocer un método destinado añadir en aleación a un acero al cromo, que contiene molibdeno, 0,2 hasta 0,7% en peso de nitrógeno a fin de aumentar esencialmente su resistencia a la corrosión. Aleaciones de esta naturaleza resultan mejoradas ciertamente desde el punto de vista de la química de la corrosión, pero poseen un temple más bajo, una capacidad de pulimentado empeorada y pequeñas homogeneidades de estructura porque, en comparación con el contenido de carbono, se da una elevada concentración de nitrógeno.

La DE 42 12 966 C1 ha dado a conocer un empleo de un acero al cromo, resistente a la corrosión, que contiene molibdeno, wolframio, níquel, vanadio y 0,2 hasta 1,0% en peso de nitrógeno, y se somete a un tratamiento térmico especial, para herramientas y objetos con alta resistencia a temperatura ambiente y a 500ºC. Esta aleación presenta, a base de separaciones o precipitaciones de nitruros de vanadio- o vanadio y niobio, una elevada resistencia en caliente así como semejante resistencia al desgaste, cuya capacidad de pulimentación empeorada así como homogeneidad de estructura, debido a altas concentraciones de nitrógeno, pueden limitar la empleabilidad del material.

En EP 0 994199 Al, la cual representa el estado de la Técnica según el Art. 54 (3) EPO, se da a conocer un acero, que consta de (en % en peso) 0,30% de carbono, 0,12% de nitrógeno, 0,30% de silicio, 0,42% de manganeso, 13,4% de cromo, 0,28% de níquel, resto hierro e impurezas inevitables y presenta una proporción o parte componente de martensita del 98,2 por ciento en volumen.

Para juntas de motores se propuso, de conformidad con JP-A-7278758 un acero anti-corrosivo, altamente resistente, con muy buena característica de muelle así como de fatiga y elevada resistencia a la corrosión por tensofisuración. Este acero presenta contenidos en % en peso de 0,1 hasta 0,5 C, \leq 2,0 Si, \leq 5,0 Mn,11 hasta 18 Cr, \leq 0,01S \leq 0,01 O, 0,01 hasta 0,2 N y 0,005 H, posee una estructura de alta pureza con un factor de distancia de \leq 0,01% para inclusiones no metálicas y está compuesto de tal modo que éste consta de martensita revenida y tiene un temple o dureza de Hv = 400 hasta 500. Para lograr este temple o dureza del material, es necesario efectuar el mejoramiento térmico después de una laminación en frío.

La JP-A-8060238 ha dado a conocer un acero martensítico, resistente a la corrosión, con muy buena deformación en caliente y elevada resistencia contra la formación de fisuras por tensiones inducida por sulfures. A fin de conseguir estas propiedades, consta el acero en % en peso de 0,1 hasta 0,3 C, 0,01 hasta 1,0 Si, 0,1 hasta 1,0 Mn, \leq 0,02 P, \leq 0,01 S, 11 hasta 14 Cr, \leq 0,05 Ni y 0,015 hasta 0,1 N ó 0,001 hasta 0,3 Ca y/o Mg y/o SE (REM), debiéndose cumplir la condición 13 x C + 11,5 x N - Cr \geq - 10,86.

La invención se enfrenta ahora al problema de indicar un acero al cromo económico o rentable, que posee una alta dureza o temple y resistencia a las variaciones de la temperatura con mínimo ataque de la corrosión, una micro estructura homogénea y una capacidad de pulimentación mejorada.

Este problema resuelve un acero al cromo según la reivindicación 1.

Las ventajas conseguidas de este modo se han de ver esencialmente en el hecho de que en el caso de una resistencia a la corrosión del material tratado térmicamente, que es comparable con aceros al cromo al 17%, cuya dureza aumente y el comportamiento del revenido, de larga duración mejora esencialmente, de manera que, en el caso de una compresión de moldes para vidrios, por ejemplo en la fabricación de piezas frontales de pantallas receptoras, se logra una duración esencialmente mayor de las herramientas. Igualmente son considerables las ventajas conseguidas con el material según la invención, de una micro estructura homogénea y una capacidad de pulimentación especialmente buena, pudiendo estas propiedades producir una mejora de la calidad de producción y una favorable fabricación de la herramienta, en el caso del empleo, anteriormente expuesto, como parte del molde para vidrios. Estas ventajas también son relevantes en la fabricación y en el empleo de moldes para materiales plásticos, prolongando la resistencia a la corrosión del acero, mejorada, con carácter adicional, su aplicabilidad. En este orden de ideas se ha de mencionar la fabricación de lentes y CD's, para los cuales las herramientas o moldes presentan una mecanización excelente y una elevada calidad de superficie y deben mantenerse en la producción el mayor tiempo posible.

Una estructura de textura morfológicamente favorable, en la cual incluso el temple de la matriz presenta una alta resistencia, se favorece merced a una ausencia o no presencia de formadores de nitruros, como se ha comprobado, ejerciendo una acción desfavorable los elementos titanio, aluminio, niobio y vanadio. Por cierto, se ha de prever un contenido de aluminio por debajo del 0.05% en peso, a fin de no posibilitar un volteo, vuelco o basculamiento de la micro estructura finamente homogénea en sentido o dirección de una formación de campos heterogéneos.

Se pueden lograr unas propiedades del acero al cromo especialmente ventajosas si la concentración de carbono oscila entre 0,25 y 0,30% en peso.

Si, en forma restrictiva, la concentración de nitrógeno alcanza 0,07 hasta 0,15% en peso, preferentemente 0,08 hasta 0,12% en peso, resulta ajustable, con seguridad, una sobresaliente posibilidad de pulimentación del material con unos favorables valores característicos mecánicos y de la química de corrosión.

De acuerdo con la invención se puede seguir aumentando la calidad del material si el acero al cromo posee una concentración máxima de molibdeno más (wolframio x 0,5) de, a lo sumo, 0,20 y/o los contenidos más altos de

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Titanio 0,01	Preferentemente 0,006% en peso
Aluminio 0,05	Preferentemente 0,025% en peso
Niobio 0,01	Preferentemente 0,006% en peso

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alcanzan los susodichos valores.

A continuación se explica más detalladamente la invención, con ayuda de unos resultados de ensayos. En la tabla 1 figuran los materiales examinados con su composición química.

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(Tabla pasa a página siguiente)

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\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\+\cr
\+\cr}

1

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La aleación 1 corresponde según DIN al número de material 1.2082, las aleaciones 6 y 9 corresponden al número de material 1.2083, la aleación 7 corresponde al número de material 1.4028 y, por último, la aleación 12 se ha de asignar al número de material 1.2316. Estos materiales DIN sirven para la comparación con la composición de aleación según la invención.

La tabla 2 muestra para las aleaciones consignadas procedentes de la tabla 1 los resultados por lo que se refiere a las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión, la posibilidad de pulimentación y la estabilidad dimensional en el caso del tratamiento térmico para el examen o estudio comparativo, determinándose para el dictamen de conjunto de las propiedades del material un número indicador, el cual puede servir para la indicación de la calidad del material.

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TABLA 2

Aleación	Propiedades	Resistencia a	Posibilidad de	Estabilidad a las	Número	Observación
	Mecánicas(%)	corrosión(%)	pulimento(%)	modificaciones(%)	indicador
1	60	60	120	90	3.3	DIN 1.2082
2	70	70	110	100	3.5	Aleación de
						ensayo
3	160	100	160	140	5.6	Aleación de
						ensayo
4	-	-	-	-	-	Aleación de
						ensayo
5	80	120	120	100	4.2	Aleación de
						ensayo
6	100	50	60	80	2.9	DIN 1.2083
7	90	60	100	100	3.5	DIN 1.4028
8	95	70	100	100	3.7	Aleación de
						ensayo
9	110	50	70	80	3.1	DIN 1.2083
10	120	70	80	90	3.6	Aleación de
						ensayo
11	110	80	70	70	3.3	Aleación de
						ensayo
12	70	100	40	50	2.6	DIN 1.2316
13	70	160	50	60	3.4	Aleación de
						ensayo

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En la preparación de los números indicadores se procedió como o sigue:

El material, que en su totalidad presentó los mejores valores del material (aleación 3) se dejó a un lado. De las restantes aleaciones de ensayo se emitió dictamen sobre el valor de propiedad más alto respectivamente de una clase con el 100% y se establecieron los demás valores individuales de los materiales en relación con éste 100%. Acto seguido se efectuó sobre esta base creada también la determinación de los valores de propiedades porcentuales de la mejor aleación o de una aleación 3 según la invención. Para la representación del número indicador, que caracteriza la calidad del material en su totalidad, se realizaron una suma de los valores individuales porcentuales y una división de esta suma entre 100.

La aleación 4 produjo, evidentemente debido al alto contenido de nitrógeno, una estructura de bloque porosa o estanca y debe permanecer dejada en blanco en el examen comparativo.

A continuación se fundamentan los resultados del estudio a modo de voz guía:

Aleación 1 y 2: Admisión de temple demasiado pequeña debido al contenido de carbono demasiado bajo.

Aleación 3: óptima debido a la óptima sintonía de los elementos de aleación y el nitrógeno; aleación según la invención.

Aleación 5: Fabricada mediante refundición a presión, proporción demasiado elevada de austenita residual ejerce un efecto negativo sobre la estabilidad a las variaciones.

Aleación 6 y 9: Material normalizado: microestructura desfavorable (revestimiento de carburos en los límites de granulación y llamados Stringers), de ello también se derivan desfavorable resistencia a la. corrosión, posibilidad de pulimentación y estabilidad a las variaciones de las dimensiones.

Aleación 7 y 8: material normalizado; debido a menos carbono distribución de los carburos más uniforme, es decir, posibilidad de pulimentación más favorable y estabilidad a las variaciones de las dimensiones (porque no hay austenita residual), pero insuficiente resistencia a la corrosión.

Aleación 10: la resistencia a la corrosión es mejor en comparación con aleación 6 y 9, pero debido a contenido de C demasiado bajo también distribución de carburos desfavorable, lo cual repercute de mala manera sobre la posibilidad de pulimentación y una estabilidad a las variaciones de las dimensiones.

Aleación 11: la corrosión es mejor en comparación con la aleación 10, pero C + N es demasiado alta, es decir, la proporción de la austenita residual es demasiado elevada, esto es, mal influjo sobre la posibilidad de pulimentación y la estabilidad a las variaciones de las dimensiones.

Aleación 12: material normalizado con un 17% de cromo. Desfavorable formación de la estructura, es decir, mala posibilidad de pulimentación y estabilidad a las variaciones de las dimensiones, también malas propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión es buena debido al alto contenido de Cr.

Aleación 13: Variante de la aleación 12, muy buena resistencia a la corrosión, sin embargo, las propiedades de estructura se mejoran por medio de N sólo insuficientemente.

En virtud del comportamiento de temple y revenido (figura 1), del comportamiento de larga duración (figura 2), de una prueba de corrosión (figura 3), de una confrontación de micrografías (figuras 4a, 4b) y de un examen de la capacidad de pulimentación (figura 5) se compara una aleación 3 según la invención con aleaciones normalizadas.

De la figura 1 se puede deducir que en comparación con las aleaciones normalizadas 7 y 9 la aleación 3 presenta, sobre la totalidad del campo de revenido, una capacidad de temple superior. La razón para este comportamiento se ha de ver en la relación equilibrada de los elementos de aleación entre sí o la acción recíproca o interacción favorable de las actividades de los elementos en junto con el nitrógeno. Una elevada capacidad, de temple a una temperatura de revenido de 200ºC es, por ejemplo ventajosa para moldes destinados a materiales plásticos, resistentes a la corrosión y de bajo revenido.

La figura 2 muestra la dependencia del temple al tiempo de recocido y proporciona un comportamiento de larga duración muy bueno de una aleación 3 a 550ºC, esto es, una especial idoneidad de este material para cargas a temperaturas de trabajo superiores durante tiempos prolongados, como ocurre, por ejemplo, en el caso de moldes para el prensado de vidrio. Esta favorable propiedad del material puede aprovecharse ventajosa y rentablemente para la reducción del lado del ciclo, esto es, con igual duración de la herramienta se utiliza a temperatura superior.

En la figura 3 queda representada la resistencia a la corrosión de la aleación 3 en comparación con aleaciones normalizadas. Además, la aleación 3 según la invención consigue la resistencia a la corrosión de un acero al cromo al 17% (número de material 1.2316).

De las figuras 4a y 4b se puede deducir que la aleación 3 según la invención posee una formación de estructura morfológica y esencialmente más uniforme que el material DIN 1.4028 normalizado, que se considera bien pulimentable. Por ello es sinérgicamente la acción o interacción de los elementos de aleación con el nitrógeno determinante o decisiva.

En la figura 5, con ayuda de estudios comparativos de la capacidad de pulimentación salta a la vista la ventaja de una aleación 3 según la invención la cual en especial debido a una especial homogeneidad de la estructura presenta esta propiedad favorable.

Claims

1 . Acero al cromo martensítico, resistente a la corrosión, que contiene en % en peso

0,2 hasta 0,4% de carbono 0,15 hasta 0,5% de silicio 0,15 hasta 0,6% de manganeso 12,0 hasta 15,0% de cromo opcionalmente máx. 0,01% de titanio opcionalmente máx. 0,05% de aluminio opcionalmente máx. 0,01% de niobio

opcionalmente máx. 0,01% de niobio así como opcionalmente molibdeno y/o wolframio, suponiendo la máxima concentración de molibdeno más opcionalmente máx. 0,01% de vanadio (wolframio x 0,5) a lo sumo 0,28% en peso, opcionalmente máx. 0,01% de vanadio.

Max. 0,28% de níquel 0,07 Hasta 0,15% de nitrógeno

resto hierro e impurezas condicionadas por la fabricación con la reserva o en la inteligencia de que la relación carbono/nitrógeno se sitúe sobre un valor de 2,0, quedando excluido un acero, que conste de (en % en peso) 0,30% de carbono, o, 12% de nitrógeno, 0,30% de silicio, 0,42% de manganeso, 13,4% de cromo, 0,28% de níquel, resto hierro e impurezas inevitables y presenta una proporción de martensita del 98,2 por ciento en volumen.

2. Acero al cromo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la concentración de carbono oscila entre un 0,25 y un 0,30% en peso.

3. Acero al cromo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que la concentración de nitrógeno oscila entre el 0,08 y el 0,12% en peso.

4. Cromo al acero según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la máxima concentración de

Titanio 0,01 0,006% en peso Aluminio 0,05 0,025% en peso Niobio 0,01 0,006% en peso

alcanza los susodichos valores.